Экология окружающей среды

Вариант № 39

1. Понятие о среде обитания и экологических факторах. Классификация факторов среды и общие закономерности их действия на живые организмы.

 Термин «среда» в экологии применяется  в широком и узком смысле слова. В широком смысле слова среда - это окружающая среда. Окружающая среда - это совокупность всех условий  жизни, которые существуют на планете  Земля. Американский биолог П.Эрлих в своей книге «Демографический взрыв», которая вышла в свет в конце 60-х годов, так образно охарактеризовал окружающую среду: «Наша окружающая среда - единственная в своем роде «кожа» из почвы, воды и газообразной атмосферы, минеральных питательных веществ и живых организмов, покрывающая ничем в остальном особо не примечательную планету». Среда в узком смысле слова - это среда обитания. Среда обитания - это та часть природы, которая окружает организм и с которой он непосредственно взаимодействует. Среда обитания каждого организма многообразна и изменчива. Она слагается из множества элементов живой и неживой природы и элементов, привносимых человеком в результате его хозяйственной деятельности. 
   Все элементы среды по отношению к организму неравнозначны: одни из них влияют на его жизнедеятельность, а другие для него безразличны. В связи с этим все элементы среды сгруппировать следующим образом. 
   1. Нейтральные факторы - это те элементы среды, которые не влияют на организм и не вызывают у него никакой реакции. 
   2. Экологические факторы - это те элементы среды, которые способны прямо или косвенно оказывать влияние на организм хотя бы на протяжении одной из фаз его индивидуального развития и вызывать у него специфическую приспособительную реакцию. 
   Экологические факторы среды многообразны, они имеют разную природу и специфику действия. По значимости для организма их подразделяют на две группы: 
   1. Условия существования или условия жизни - это те экологические факторы, без которых организм существовать не может и с которыми он находится в неразрывном единстве. Отсутствие хотя бы одного из этих факторов приводит к гибели организма. 
   2. Второстепенные факторы - это те экологические факторы, которые не являются жизненно важными, но могут видоизменять существование организма, улучшая или ухудшая его. 
   Анализ огромного разнообразия экологических факторов по природе их происхождения позволяет разделить их на три большие группы, в каждой из которых в свою очередь можно выделить подгруппы: 
   I. Абиотические факторы - это факторы неживой природы, которые прямо или косвенно влияют на организм. Они подразделяются на четыре подгруппы: 
   а) климатические факторы - это все факторы, которые формируют климат и способны влиять на жизнь организмов (свет, температура, влажность, атмосферное давление, скорость ветра и т.д.); 
   б) эдафические, или почвенные, факторы - это свойства почвы, которые оказывают влияние на жизнь организмов. Они в свою очередь разделяются на физические (механический состав, комковатость, капиллярность, скважность, воздухо- и влагопроницаемость, воздухо- и влагоемкость, плотность, цвет и т.д.) и химические (кислотность, минеральный состав, содержание гумуса) свойства почвы; 
   в) орографические факторы, или факторы рельефа, - это влияние характера и специфики рельефа на жизнь организмов (высота местности над уровнем моря, широта местности по отношению к экватору, крутизна местности - это угол наклона местности к горизонту, экспозиция местности - это положение местности по отношению к сторонам света); 
   г) гидрофизические факторы - это влияние воды во всех состояниях (жидкое, твердое, газообразное) и физических факторов среды (шум, вибрация, гравитация, магнитное, электромагнитное и ионизирующее излучения) на жизнь организмов. 
   II. Биотические факторы - это факторы живой природы, влияние живых организмов друг на друга. Они носят самый разнообразный характер и действуют не только непосредственно, но и косвенно через окружающую неорганическую природу. В зависимости от вида воздействующего организма их разделяют на две группы: 
   а) внутривидовые факторы - это влияние особей этого же вида на организм (зайца на зайца, сосны на сосну и т.д.); 
   б) межвидовые факторы - это влияние особей других видов на организм (волка на зайца, сосны на березу и т.д.). 
   В зависимости от принадлежности к определенному царству биотические факторы подразделяют на четыре основные группы: 
   а) фитогенные факторы - это влияние растений на организм; 
   б) зоогенные факторы - это влияние животных на организм; 
   в) микробогенные факторы - это влияние микроорганизмов (вирусы, бактерии, простейшие, риккетсии) на организм; 
   г) микогенные факторы - это влияние грибов на организм. 
   III. Антропогенные факторы - это совокупность воздействий человека на жизнь организмов. В зависимости от характера воздействий они делятся на две группы: 
   а) факторы прямого влияния - это непосредственное воздействие человека на организм (скашивание травы, вырубка леса, отстрел животных, отлов рыбы и т.д.); 
   б) факторы косвенного влияния - это влияние человека фактом своего существования (ежегодно в процессе дыхания людей в атмосферу поступает 1,1х1012 кг углекислого газа и из окружающей среды в виде пищи изымается 2,7х1015 ккал энергии) и через хозяйственную деятельность (сельское хозяйство, промышленность, транспорт, бытовая деятельность и т.д.). 
   В зависимости от последствий воздействия обе эти группы антропогенных факторов в свою очередь еще подразделяются на положительные факторы (посадка и подкормка растений, разведение и охрана животных, охрана окружающей среды и т.д.), которые улучшают жизнь организмов или увеличивают их численность, и отрицательные факторы (вырубка деревьев, загрязнение окружающей среды, разрушение местообитаний, прокладка дорог и других коммуникаций), которые ухудшают жизнь организмов или снижают их численность. 
   Оригинальную классификацию экологических факторов по степени их постоянства, т.е. по их периодичности, предложил А.С.Мончадский. Согласно этой классификации различают следующие три группы факторов. 
   1. Первичные периодические факторы - это факторы, действие которых началось до появления жизни на Земле и живые организмы должны были сразу к ним адаптироваться (суточная периодичность освещенности, сезонная периодичность времен года, лунные ритмы и т.д.). 
   2. Вторичные периодические факторы - это факторы, являющиеся следствием первичных периодических факторов (влажность, температура, динамика пищи, содержание газов в воде и т.д.). 
   3. Непериодические факторы - это факторы, не имеющие правильной периодичности или цикличности (эдафические факторы, антропогенные факторы, содержание загрязняющих веществ в воде, атмосфере или почве и т.д.). 
   В зависимости от характера изменения во времени факторы среды подразделяются также на три группы: 
   1. Регулярно-периодические факторы - это факторы, меняющие свою силу в зависимости от времени суток, сезона года или ритма приливов и отливов (освещенность, температура, длина светового дня и т.д.). 
   2. Нерегулярные факторы - это факторы, не имеющие четко выраженной периодичности (климатические факторы в разные годы, факторы катастрофического происхождения в результате наводнения, урагана, землетрясения и т.д.). 
   3. Направленные факторы - это факторы, действующие на протяжении длительного промежутка времени в одном направлении (похолодание или потепление климата, зарастание водоема, выпас скота на одном месте и т.д.). 
   По характеру ответной реакции организма на воздействие экологического фактора различают следующие группы экологических факторов: 
   1. Раздражители - это факторы, вызывающие приспособительные изменения физиологических функций и биохимических реакций. 
   2. Модификаторы - это факторы, вызывающие приспособительные анатомические и морфологические изменения в организме. 
   3. Ограничители - это факторы, обусловливающие невозможность существования в данных условиях и ограничивающие среду распространения организма. 
   4. Сигнализаторы - это факторы, свидетельствующие об изменении других факторов и выступающие в роли предупредительного сигнала. 
   В зависимости от возможности потребления при взаимодействии с организмом экологические факторы подразделяют на две категории: 
   1. Условия - это изменяющиеся во времени и пространстве экологические факторы среды обитания, на которые организм реагирует по-разному в зависимости от силы фактора (температура, влажность, атмосферное давление, физические свойства почвы и т.д.). Условия организмом не расходуются и не исчерпываются. 
   2. Ресурсы - это все экологические факторы среды обитания, которые организм потребляет, потребляет в том смысле, что количество их (наличный запас) в результате взаимодействия с организмом может уменьшиться. Ресурсы - это по преимуществу вещества, из которых состоит тело организма, энергия, вовлекаемая в процессы его жизнедеятельности, а также места, где протекают те или иные фазы его жизненного цикла. 
   Помимо приведенных выше классификаций экологических факторов в экологии применяются и другие классификации, в основу которых берутся различные критерии в зависимости от интересов исследователя.

Несмотря  на большое разнообразие экологических  факторов, в характере их воздействия  на организмы и в ответных реакциях живых существ можно выявить  ряд общих закономерностей. 
   1. Закон оптимума. 
      Каждый фактор имеет определенные пределы положительного влияния на организмы (рис. 1). Результат действия переменного фактора зависит прежде всего от силы его проявления. Как недостаточное, так и избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности особей. Благоприятная сила воздействия называется зоной оптимума экологического фактора или просто оптимумом для организмов данного вида. Чем сильнее отклонения от оптимума, тем больше выражено угнетающее действие данного фактора на организмы (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – это критические точки, за пределами которых существование уже невозможно, наступает смерть. Пределы выносливости между критическими точками называют экологической валентностью живых существ по отношению к конкретному фактору среды. 

Рис. 1. Схема действия факторов среды  на живые организмы  

 Представители разных видов  сильно отличаются друг от  друга как по положению оптимума, так и по экологической валентности. Так, например, песцы в тундре могут переносить колебания температуры воздуха в диапазоне более 80 °C (от +30 до -55 °C), тогда как тепловодные рачки Copilia mirabilis выдерживают изменения температуры воды в интервале не более 6 °C (от +23 до +29 °C). Одна и та же сила проявления фактора может быть оптимальной для одного вида, пессимальной – для другого и выходить за пределы выносливости для третьего (рис. 2). 
   Широкую экологическую валентность вида по отношению к абиотическим факторам среды обозначают добавлением к названию фактора приставки “эври”. Эвритермные виды – выносящие значительные колебания температуры, эврибатные– широкий диапазон давления, эвригалинные – разную степень засоления среды. 

Рис. 2. Положение кривых оптимума на температурной шкале для разных видов: 
   1, 2 — стенотермные виды, криофилы; 
   3–7– эвритермные виды; 
   8, 9 — стенотермные виды, термофилы  

 Неспособность переносить значительные  колебания фактора, или узкая  экологическая валентность, характеризуется  приставкой “стено” – стенотермные, стенобатные, стеногалинные виды и т. д. В более широком смысле слова виды, для существования которых необходимы строго определенные экологические условия, называют стенобионтными, а те, которые способны приспосабливаться к разной экологической обстановке, – эврибионтными. 
   Условия, приближающиеся по одному или сразу нескольким факторам к критическим точкам, называют экстремальными. 
   Положение оптимума и критических точек на градиенте фактора может быть в определенных пределах сдвинуто действием условий среды. Это регулярно происходит у многих видов при смене сезонов года. Зимой, например, воробьи выдерживают сильные морозы, а летом гибнут от охлаждения при температуре чуть ниже нуля. Явление сдвига оптимума по отношению к какому-либо фактору носит название акклимации. В отношении температуры это хорошо известный процесс тепловой закалки организма. Для температурной акклимации необходим значительный период времени. Механизмом является смена в клетках ферментов, катализирующих одни и те же реакции, но при разных температурах (так называемые изоферменты). Каждый фермент кодируется своим геном, следовательно, необходимо выключение одних генов и активация других, транскрипция, трансляция, сборка достаточного количества нового белка и т. п. Общий процесс занимает в среднем около двух недель и стимулируется переменами в окружающей среде. Акклимация, или закалка, – важная адаптация организмов, происходит при постепенно надвигающихся неблагоприятных условиях или при попадании на территории с иным климатом. Она является в этих случаях составной частью общего процесса акклиматизации. 
   2. Неоднозначность действия фактора на разные функции. 
   Каждый фактор неодинаково влияет на разные функции организма (рис. 3). Оптимум для одних процессов может являться пессимумом для других. Так, температура воздуха от +40 до +45 °C у холоднокровных животных сильно увеличивает скорость обменных процессов в организме, но тормозит двигательную активность, и животные впадают в тепловое оцепенение. Для многих рыб температура воды, оптимальная для созревания половых продуктов, неблагоприятна для икрометания, которое происходит при другом температурном интервале.

Рис. 3. Схема зависимости фотосинтеза  и дыхания растения от температуры (по В. Лархеру, 1978): tмин, tопт, tмакс– температурный минимум, оптимум и максимум для прироста растений (заштрихованная область)  

 Жизненный цикл, в котором  в определенные периоды организм  осуществляет преимущественно те  или иные функции (питание,  рост, размножение, расселение и  т. п.), всегда согласован с сезонными  изменениями комплекса факторов  среды. Подвижные организмы могут  также менять места обитания  для успешного осуществления  всех своих жизненных функций. 
   3. Разнообразие индивидуальных реакций на факторы среды. Степень выносливости, критические точки, оптимальная и пессимальные зоны отдельных индивидуумов не совпадают. Эта изменчивость определяется как наследственными качествами особей, так и половыми, возрастными и физиологическими различиями. Например, у бабочки мельничной огневки – одного из вредителей муки и зерновых продуктов – критическая минимальная температура для гусениц -7 °C, для взрослых форм -22 °C, а для яиц -27 °C. Мороз в -10 °C губит гусениц, но не опасен для имаго и яиц этого вредителя. Следовательно, экологическая валентность вида всегда шире экологической валентности каждой отдельной особи. 
   4. Относительная независимость приспособления организмов к разным факторам. Степень выносливости к какому-нибудь фактору не означает соответствующей экологической валентности вида по отношению к остальным факторам. Например, виды, переносящие широкие изменения температуры, совсем не обязательно должны также быть приспособленными к широким колебаниям влажности или солевого режима. Эвритермные виды могут быть стеногалинными, стенобатными или наоборот. Экологические валентности вида по отношению к разным факторам могут быть очень разнообразными. Это создает чрезвычайное многообразие адаптации в природе. Набор экологических валентностей по отношению к разным факторам среды составляет экологический спектр вида. 5. Несовпадение экологических спектров отдельных видов. Каждый вид специфичен по своим экологическим возможностям. Даже у близких по способам адаптации к среде видов существуют различия в отношении к каким-либо отдельным факторам.

Рис. 4. Изменение участия в луговых травостоях отдельных видов растений в зависимости от увлажнения (по Л. Г. Раменскому и др., 1956): 1– клевер луговой; 2– тысячелистник обыкновенный; 3– келерия Делявина; 4– мятлик луговой; 5– типчак; 6– подмаренник настоящий; 7– осока ранняя; 8– таволга обыкновенная; 9– герань холмовая; 10 – короставник полевой; 11– козлобородник коротконосиковый  

 Правило экологической индивидуальности  видов сформулировал русский  ботаник Л. Г. Раменский (1924) применительно к растениям (рис. 4), затем оно широко было подтверждено  и зоологическими исследованиями. 
   6. Взаимодействие факторов. Оптимальная зона и пределы выносливости организмов по отношению к какому-либо фактору среды могут смещаться в зависимости от того, с какой силой и в каком сочетании действуют одновременно другие факторы (рис. 5). Эта закономерность получила название взаимодействия факторов. Например, жару легче переносить в сухом, а не во влажном воздухе. Угроза замерзания значительно выше при морозе с сильным ветром, чем в безветренную погоду. Таким образом, один и тот же фактор в сочетании с другими оказывает неодинаковое экологическое воздействие. Наоборот, один и тот же экологический результат может быть получен разными путями. Например, увядание растений можно приостановить путем как увеличения количества влаги в почве, так и снижения температуры воздуха, уменьшающего испарение. Создается эффект частичного взаимозамещения факторов.  

Рис. 5. Смертность яиц соснового  шелкопряда Dendrolimus pini при разных сочетаниях температуры и влажности  

 Вместе с тем взаимная  компенсация действия факторов  среды имеет определенные пределы,  и полностью заменить один  из них другим нельзя. Полное  отсутствие воды или хотя бы  одного из основных элементов  минерального питания делает  жизнь растения невозможной, несмотря  на самые благоприятные сочетания  других условий. Крайний дефицит  тепла в полярных пустынях  нельзя восполнить ни обилием  влаги, ни круглосуточной освещенностью. 
   Учитывая в сельскохозяйственной практике закономерности взаимодействия экологических факторов, можно умело поддерживать оптимальные условия жизнедеятельности культурных растений и домашних животных. 
   7. Правило ограничивающих факторов. Возможности существования организмов в первую очередь ограничивают те факторы среды, которые наиболее удаляются от оптимума. Если хотя бы один из экологических факторов приближается или выходит за пределы критических величин, то, несмотря на оптимальное сочетание остальных условий, особям грозит гибель. Любые сильно уклоняющиеся от оптимума факторы приобретают первостепенное значение в жизни вида или отдельных его представителей в конкретные отрезки времени. 
   Ограничивающие факторы среды определяют географический ареал вида. Природа этих факторов может быть различной (рис. 6). Так, продвижение вида на север может лимитироваться недостатком тепла, в аридные районы – недостатком влаги или слишком высокими температурами. Ограничивающим распространение фактором могут служить и биотические отношения, например занятость территории более сильным конкурентом или недостаток опылителей для растений. Так, опыление инжира всецело зависит от единственного вида насекомых – осы Blastophaga psenes. Родина этого дерева – Средиземноморье. Завезенный в Калифорнию инжир не плодоносил до тех пор, пока туда не завезли ос-опылителей. Распространение бобовых в Арктике ограничивается распределением опыляющих их шмелей. На острове Диксон, где нет шмелей, не встречаются и бобовые, хотя по температурным условиям существование там этих растений еще допустимо.  

Рис. 6. Глубокий снежный покров –  лимитирующий фактор в распространении  оленей (по Г. А. Новикову, 1981)  

 Чтобы определить, сможет ли  вид существовать в данном  географическом районе, нужно в  первую очередь выяснить, не выходят  ли какие-либо факторы среды  за пределы его экологической  валентности, особенно в наиболее  уязвимый период развития. 
   Выявление ограничивающих факторов очень важно в практике сельского хозяйства, так как, направив основные усилия на их устранение, можно быстро и эффективно повысить урожайность растений или производительность животных. Так, на сильно кислых почвах урожай пшеницы можно несколько увеличить, применяя разные агрономические воздействия, но наилучший эффект будет получен только в результате известкования, которое снимет ограничивающие действия кислотности. Знание ограничивающих факторов, таким образом, ключ к управлению жизнедеятельностью организмов. В разные периоды жизни особей в качестве ограничивающих выступают различные факторы среды, поэтому требуется умелое и постоянное регулирование условий жизни выращиваемых растений и животных.

Литература:

1. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ (Н.И. ЧЕРНОВА, А.М. БЫЛОВА)  М.: Дрофа, 2004. – 416 с http://yourlib.net/content/category/37/131/144/
2. ОБЩАЯ ЭКОЛОГИЯ (С.С. МАГЛЫШ) Гродно: ГрГУ, 2001. - 111 с. http://yourlib.net/content/category/37/130/143/

2.   Понятие загрязнения окружающей среды. Классификация и виды загрязнений. Источники загрязнения атмосферы, гидросферы, литосферы.

Основным и наиболее распространенным видом антропогенного воздействия  на биосферу является загрязнение окружающей природной среды.

Загрязнение окружающей природной среды –  это поступление в нее или  возникновение в ней новых, нехарактерных  для нее физических, химических, биологических или информационных агентов, оказывающих вредное воздействие  на природные экосистемы и человека. Другими словами, загрязнение окружающей природной среды – это поступление в природную среду любых твердых, жидких и газообразных веществ, микроорганизмов или энергий в количествах, оказывающих вредное воздействие на здоровье человека, флору и фауну.

По происхождению  загрязнение окружающей среды бывает естественным и антропогенным. Естественное загрязнение – это загрязнение, вызванное естественными (природными) причинами и катастрофами. К ним относятся извержения вулканов, пыльные бури, лесные и степные пожары, селевые потоки, наводнения, землетрясения, выветривание горных пород, ветровая и водная эрозия, массовое цветение растений, разложение живых организмов и т.п. Антропогенное загрязнение – это загрязнение, являющееся результатом хозяйственной деятельности человека.

Выделяют  следующие основные виды загрязнений окружающей природной среды:

1. Физическое  (параметрическое) загрязнение – загрязнение, связанное с изменением физических параметров среды. В зависимости от изменения того или иного параметра различают следующие виды физических загрязнений:

а) Тепловое загрязнение. Проявляется в повышении температуры среды. Источники – теплотрассы, промышленные выбросы теплой воды и дымовых газов и т.д.

б) Шумовое загрязнение. Проявляется в превышении естественного уровня шума и ненормальном изменении звуковых характеристик – периодичности, силы звука и т.п. Источники – работа транспорта, промышленных устройств, бытовых приборов, поведение людей и т.д.

в) Радиационное и радиоактивное загрязнения. Радиационное обусловлено действием ионизирующих излучений, радиоактивное – содержанием радиоактивных веществ. Проявляется в превышении естественного радиационного фона Земли (1-10 мЗв/год). Источники – разработка радиоактивных руд, ядерные взрывы (военные и в мирных целях), применение радионуклидов в различных отраслях хозяйства (медицина, энергетика и др.), ядерно-технические установки (подводные лодки и др.), аварии на атомных электростанциях и предприятиях, радиоактивные отходы.